柠檬醛衍生物的合成及其活性研究进展

柠檬醛衍生物的合成及其活性研究进展

孟建波

山东新和成控股有限公司山东潍坊261108

摘要：我国是一个农业大国，化学农药成为必不可少的农业生产资料。传统化学抗菌剂在维护人类和动植物的健康与安全、保障农作物高产与稳产方面发挥了巨大作用，然而容易导致环境污染、生态平衡破坏、杀伤天敌、人畜中毒等问题。因而，寻求和开发对人类健康和生态环境安全的新型抗菌剂是新农药开发的趋势。

关键词：柠檬醛衍生物；合成；生物活性

柠檬醛是一种典型的无环单萜化合物，化学名称为：3，7-二甲基-2，6-辛二烯-l-醛（3，7-Dimethyl-2，6-octadieul），分子式为：C10H16O，系无色或淡黄色透明液体。柠檬醛存在两种立体异构体：顺式柠檬醛（橙花醛）和反式柠檬醛（香叶醛），其结构式如下：

图1柠檬醛结构式

天然的柠檬醛存在于柠檬草油、桉叶油、山苍子油、柠檬罗勒油、柠檬艾油、柑桔油、马鞭草油和柠檬黍油等植物精油中，具有广谱抗菌效果，但天然柠檬醛存在着挥发性较强；在空气、碱性介质或光照下易发生化学变化；针对某一特定病菌的抗菌作用有待提高；以及在实际使用中的溶解性能欠佳等因素，目前还不能直接作为抗菌剂使用。采用适当的方法对活性成分进行结构修饰并合成相应的衍生物，改善其挥发性、稳定性、溶解性以及抑菌抗菌效果，这是这将有利于新型抗菌剂的研究与开发。

1.柠檬醛衍生物的合成及其生物活性

1.1醇类

1.1.1香叶醇的合成

香叶醇（反-3，7-二甲基-2，6-辛二烯-1-醇），是一种单萜烯醇、橙花醇的顺式异构体，为无色至淡黄色液体，具有温和香甜的玫瑰花气味，广泛应用于药物、烟草、食品配料等领域。以柠檬醛为原料制备橙花醇香叶醇的合成方法已有许多报道。例如催化氢化法，醇铝法，硼氢化钠法。催化加氢法需加入高选择性氢化羟基的催化剂，因在热力学上C=O官能团的键能大于C=C，不利于羰基的加氢。催化剂可分为两大类：一类为贵金属催化剂，另一类为非贵金属催化剂。

贵金属铂（Pt）是对柠檬醛催化选择性加氢活性高、性能稳定的催化活性中心。Chatterjee等研制的Pt/MCM-41催化剂，在一定条件下香叶醇选择性达100%。将Pt负载到碳纳米管、多壁碳纳米管和活性炭布等新型材料上对生成香叶醇具有很高的催化活性。

1.1.2生物活性

香叶醇具有典雅的玫瑰香气，有较广泛的药理作用。在抗肿瘤作用方面，Yu等对小鼠的肝癌和黑素瘤研究发现，香叶醇能抑制肝肿瘤细胞和黑素瘤细胞的增生作用。SC等研究表明香叶醇调节DNA合成和5-氟尿嘧啶增效剂对人结肠肿瘤异种移植物的效果中。香叶醇（150mmol）而不是5-氟尿嘧啶造成癌细胞中的胸苷酸合成酶和胸苷激酶表达的双倍减少。方等腹腔注射香叶醇、香茅醇、甲酸香茅醋和乙酸香茅醋等结果能延长患S180腹水型的动物寿命，同时对白血病细胞株HL-60有轻度诱导分化作用。Burke发现香叶醇也能抑制胰腺肿瘤细胞的生长。

在平喘作用方面，香叶醇民间用于治疗哮喘由来已久。陈等研究发现：香叶醇能使猫离体肺条自然张力明显松弛，并能对抗组织胺所致肺条收缩作用，表明香叶醇除能作用于大气道平滑肌外，对小气道平滑肌亦有良好作用。香叶醇能阻断抗原攻击所致致敏肠段的痉挛性收缩，表明香叶醇可能影响过敏介质的释放。在祛痰作用的试验中，随着香叶醇使用量的增加（0.1~0.3gL-1），酚红排出量（mgL-1）由0.30±0.27降至0.18±0.11。

1.2缩醛类

1.2.1合成

这一类衍生物是将将柠檬醛分别与相应的醇等溶于一定的溶剂中，采用冷凝回流装置，在相应的催化剂作用下，通过加热搅拌进行缩合反应。传统的一般采用无机酸作为催化剂，但无机酸不利于回收，腐蚀性强，近年来，关于柠檬醛缩醛合成催化剂的报道主要有脱铝超Y沸石、载体强酸（Ph-SO3H/Na2SO4·CaSO4）、硫酸铝、甲基磺铜、氨基磺酸自吸水酸复合载体（Ph-SO3H/CuSO4·Na2SO4·CaSO4）、聚苯胺（PAn）等。

1.2.2生物活性

缩醛类化合物化学性质稳定，且不易挥发，其中柠檬醛二甲缩醛、柠檬醛二乙缩醛为我国允许使用的食用香料。缩醛类化合物除用作香料之外，还主要应用于除草剂、杀虫剂，应用于杀菌剂，还尚未见报道。

1.3酮类

1.3.1紫罗兰酮的合成

紫罗兰酮（1onone）是无色至淡黄色油状液体，稀薄时显出紫罗兰花（也似桂花）的香气，主要有两种异构体，即α-型和β-型，还有一种γ-型，但不常见。紫罗兰酮的合成，最早是1893年由Tiemann采用柠檬醛在碱性条件下与丙酮缩合得假性紫罗兰酮，再在酸性环境下环化的方法制得。环化反应中催化剂是关键的影响因素，环化的工艺研究实质是以催化剂为中心开展的。Yves.R.Naves等人系统研究了各种催化剂，用得最多的是硫酸，认为硫酸是环化假性紫罗兰酮有效而成熟的催化剂。现在Tie-mann法仍然作为工业和实验室合成紫罗兰酮的重要方法。在此路线的基础上，科学家们对双键异构体的合成进行了深入的研究。他们发现，环化时所运用的酸可以控制环化时的选择性。

1.3.2甲基紫罗兰酮的合成

合成甲基紫罗兰酮的主要路线是由柠檬醛先合成中间体假性甲基紫罗兰酮，再环化合成甲基紫罗兰酮。林应用KF/Al2O3催化柠檬醛与丁酮反应合成假性甲基紫罗兰，大孔树脂D001CC催化环化假性甲基紫罗兰酮合成甲基紫罗兰酮，假性甲基紫罗兰酮的产率为85.1%，甲基紫罗兰酮的产率达79.9%。唐用天然柠檬醛在乙醇钠的催化下与丁酮发生缩合成假性甲基紫罗兰酮，再以甲苯作为溶剂，采用磷酸等酸作环化剂，合成甲基紫罗兰酮。黄等用山苍子油提取得到的柠檬醛和2-丁酮等为主要原料在季铵碱存在下合成假性异甲基紫罗兰酮，以固载强酸TiO2/SO4-作催化剂，然后用假性异甲基紫罗兰酮合成甲基紫罗兰酮的新方法，提高了α-异甲基紫罗兰酮的收率，合成收率为92%~93%，产物中α-异甲基紫罗兰酮质量分数为77%左右。

1.4腈类

1.4.1柠檬腈的合成

传统合成柠檬腈的方法是从柠檬醛合成柠檬睛，主要是采用盐酸经胺肟化法闭—醛与羟胺反应制得肟，经分离后用乙酐脱水，碱中和，再分离制得腈。这一合成路线工艺繁多，使用的试剂盐酸经胺具有强腐蚀性、毒性、价格昂贵等缺点。针对这些问题，研究者做了大量研究工作并不断有新的改进方法报道。

1.4.2生物活性

柠檬腈香料是近几年来发展起来的一类国际新型睛类香料中的一种，具有香韵特异、强烈持久，化学性质稳定等优点，特别适用于香波皂类、洗涤剂等碱性介质中加香，对人体使用无毒、无刺激。

结语

柠檬醛本身作为一种天然植物精油，具有抑菌、杀虫、驱避等广泛的生物活性。因天然柠檬醛挥发性较强，在空气、碱性介质或光照下易发生化学变化，且针对某一特定病菌的抗性有待提高，故直接用作抗菌产品还不是很理想。本文在前期研究的基础上，综述了以柠檬醛为先导化合物，合成部分衍生物以及生物活性研究进展，为进一步综合利用柠檬醛资源以及开发新型植物源抗菌剂奠定重要基础。

参考文献：

[1]郑林禄，杨发福.柠檬醛基杯[4]芳烃衍生物的合成及性能研究[J].化学研究与应用，2012，24（10）：1495-1498.

[2]杨欣，姜子涛，李荣.柠檬草精油与β-环糊精及其衍生物包结行为的研究[J].食品科学，2009，30（23）：96-100.